(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水硬性セメントを含むセメント質粉末、アルカノールアミン、ポリリン酸塩、及び水を、９０°Ｆ（３２．２℃）から１６０°Ｆ（７１℃）の間の温度でスラリーとするスラリー化段階を経て製造されることを特徴とする急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項２】
前記スラリー化段階が、９０°Ｆ（３２．２℃）から１３５°Ｆ（５７℃）の間の温度で行われることを特徴とする請求項１に記載の急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項３】
前記スラリー化段階が、１００°Ｆ（３８℃）から１３５°Ｆ（５７℃）の間の温度で行われることを特徴とする請求項１に記載の急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項４】
前記スラリー化段階が、１２０°Ｆ（４９℃）から１３０°Ｆ（５４℃）の間の温度で行われることを特徴とする請求項１に記載の急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項５】
前記ポリリン酸塩が、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）、トリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）、トリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）、ピロリン酸四ナトリウム（ＴＳＰＰ）及びピロリン酸四カリウム（ＴＫＰＰ）の群から選択される１種以上であることを特徴とする請求項１に記載の急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項６】
前記ポリリン酸塩が、前記セメント質粉末の重量に対して０．１５重量％から１．５重量％の間の量で供給されることを特徴とする請求項１に記載の急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項７】
前記ポリリン酸塩が、前記セメント質粉末の重量に対して０．３重量％から１．０重量％の間の量で供給されることを特徴とする請求項１に記載の急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項８】
前記ポリリン酸塩が、前記セメント質粉末の重量に対して０．４重量％から０．７５重量％の間の量で供給されることを特徴とする請求項１に記載の急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項９】
前記アルカノールアミンが、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノエタノールアミン、及びそれらの混合物の群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項１０】
前記アルカノールアミンが、前記セメント質粉末の重量に対して０．０２５重量％から１重量％の間の量で供給されることを特徴とする請求項１に記載の急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項１１】
前記アルカノールアミンが、前記セメント質粉末の重量に対して０．０５重量％から０．２５重量％の間の量で供給されることを特徴とする請求項１に記載の急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項１２】
前記ポリリン酸塩が、トリメタリン酸ナトリウムであり、前記セメント質粉末の重量に対して０．４重量％から０．７５重量％の間の量で供給され、前記アルカノールアミンが、トリエタノールアミンであり、前記セメント質粉末の重量に対して０．０５重量％から０．１重量％の間の量で供給されることを特徴とする請求項１に記載の急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項１３】
前記セメント質粉末が、前記水硬性セメントと、さらに、硫酸カルシウムと鉱物性添加材からの１種以上でなることを特徴とする請求項１に記載の急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項１４】
前記水硬性セメントが、ポルトランドセメントであることを特徴とする請求項１に記載の急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項１５】
前記セメント質粉末が、前記水硬性セメントと鉱物性添加材でなることを特徴とする請求項１に記載の急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項１６】
前記鉱物性添加材が、フライアッシュであることを特徴とする請求項１３または１５に記載の急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項１７】
前記セメント質粉末が、さらに硫酸カルシウムを含むことを特徴とする請求項１５に記載の急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項１８】
前記セメント質粉末が、ポルトランドセメント、アルミン酸カルシウムセメント、硫酸カルシウム及びフライアッシュでなり、これら成分の合計量を基準にして、ポルトランドセメントが４０重量％から８０重量％の間で、アルミン酸カルシウムセメントが０重量％から２０重量％の間で、硫酸カルシウムが０重量％から７重量％の間で、フライアッシュが０重量％から５５重量％の間の量であることを特徴とする請求項１に記載の急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項１９】
前記セメント質粉末が、ポルトランドセメントとフライアッシュでなり、これら成分の合計量を基準にして、ポルトランドセメントが４０重量％から８０重量％の間の量で、フライアッシュが２０重量％から６０重量％の間の量であることを特徴とする請求項１に記載の急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項２０】
前記セメント組成物は、さらに骨材を含むことを特徴とする請求項１に記載の急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項２１】
前記セメント組成物は、さらに、凝結遅延剤、発泡剤、二次無機凝結促進剤、及び高性能減水剤からなる群から選ばれた１種以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項２２】
前記セメント組成物は、さらに、凝結遅延剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項２３】
前記セメント組成物は、さらに、発泡剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項２４】
前記セメント組成物は、さらに、二次無機凝結促進剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項２５】
前記セメント組成物は、さらに、高性能減水剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の急結性セメント組成物の製造方法。
【請求項２６】
水硬性セメントを含むセメント質粉末、アルカノールアミン、ポリリン酸塩、及び水を、９０°Ｆ（３２．２℃）から１６０°Ｆ（７１℃）の間の温度でスラリーとし、これを凝結して形成されることを特徴とするセメントボード。
【請求項２７】
前記ポリリン酸塩が、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）、トリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）、トリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）、ピロリン酸四ナトリウム（ＴＳＰＰ）、ピロリン酸四カリウム（ＴＫＰＰ）、及びそれらの混合物の群から選択されることを特徴とする請求項２６に記載のセメントボード。
【請求項２８】
前記ポリリン酸塩が、前記セメント質粉末の重量に対して０．１５重量％から１．５重量％の間の量であることを特徴とする請求項２６に記載のセメントボード。
【請求項２９】
前記ポリリン酸塩が、前記セメント質粉末の重量に対して０．３重量％から１．０重量％の間の量であることを特徴とする請求項２６に記載のセメントボード。
【請求項３０】
前記ポリリン酸塩が、前記セメント質粉末の重量に対して０．４重量％から０．７５重量％の間の量であることを特徴とする請求項２６に記載のセメントボード。
【請求項３１】
前記アルカノールアミンが、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノエタノールアミン、及びそれらの混合物の群から選択されることを特徴とする請求項２６に記載のセメントボード。
【請求項３２】
前記アルカノールアミンが、前記セメント質粉末の重量に対して０．０２５重量％から１重量％の間の量であることを特徴とする請求項２６に記載のセメントボード。
【請求項３３】
前記アルカノールアミンが、前記セメント質粉末の重量に対して０．０５重量％から０．２５重量％の間の量であることを特徴とする請求項２６に記載のセメントボード。
【請求項３４】
前記ポリリン酸塩が、トリメタリン酸ナトリウムであって、前記セメント質粉末の重量に対して０．４重量％から０．７５重量％の間の量であり、前記アルカノールアミンが、トリエタノールアミンであって、前記セメント質粉末の重量に対して０．０５重量％から０．１重量％の間の量であることを特徴とする請求項２６に記載のセメントボード。
【請求項３５】
前記セメント質粉末が、前記水硬性セメントと、さらに、硫酸カルシウムと鉱物性添加材からの１種以上でなることを特徴とする請求項２６に記載のセメントボード。
【請求項３６】
前記水硬性セメントが、ポルトランドセメントであることを特徴とする請求項２６に記載のセメントボード。
【請求項３７】
前記セメント質粉末が、前記水硬性セメントと、鉱物性添加材でなることを特徴とする請求項２６に記載のセメントボード。
【請求項３８】
前記鉱物性添加材が、フライアッシュであることを特徴とする請求項３５または３７に記載のセメントボード。
【請求項３９】
さらに、骨材、凝結遅延剤、発泡剤、二次無機凝結促進剤、高性能減水剤の群から選ばれた１種以上を含むことを特徴とする請求項２６に記載のセメントボード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、急速凝結及び早期強度の発現が望ましい多様な用途に使用できる急結性セメント組成物〔以降、単に「セメント組成物」と記す〕、およびそれよりのセメントボードに関する。詳細には、本発明は、建造物の湿潤及び乾燥部位で使用した場合に耐湿性に優れたセメントボードを作製するセメント組成物に関する。セメントボードなどのプレキャストコンクリート製品は、静止若しくは移動型枠内に、又は連続移動式ベルト上にセメントスラリーが注がれた後にあまり間をおかずにセメントボードの取扱いができるように、セメント組成物を急結する条件下で製造される。理想的には、セメントスラリーのこうした凝結は、水硬性セメントなどを水と混合してスラリーとした後、わずか約３０分で、好ましくは、わずか２０分で、より好ましくは、わずか１０分で、最も好ましくは、わずか５分で実現することができる。
【背景技術】
【０００２】
参照により本明細書に組み込まれているＰｅｒｅｚ−Ｐｅｎａらの米国特許第６，８６９，４７４号では、セメントボードなどのセメント系製品を製造するためのセメントスラリーの超急結性が議論されており、その超急結性は、ポルトランドセメントなどの水硬性セメントにアルカノールアミンを添加し、初期スラリー温度が９０°Ｆ（３２℃）以上である条件下で水を用いてスラリーを形成することによって実現される。追加の反応性材料として、高アルミナセメント、硫酸カルシウム、及びフライアッシュなどのポゾラン性材料なども挙げることができる。超急結性によって、セメント系製品を速やかに生産することが可能になる。トリエタノールアミンの添加により、フライアッシュ及び石こう濃度を上昇させても、アルミン酸カルシウムセメントを必要とせずに、凝結の終結時間（ｆｉｎａｌ  ｓｅｔｔｉｎｇ  ｔｉｍｅ）が比較的短い配合物を製造することができ、トリエタノールアミンが非常に強力な促進効果を示すことが分かった。しかし、トリエタノールアミンを含む配合物は、アルミン酸カルシウムセメントを含むセメントボード配合物に比較して早期圧縮強度が相対的に低かった。
【０００３】
参照により本明細書に組み込まれているＧａｌｅｒらの米国特許第４，４８８，９０９号では、急結できるセメント組成物が議論されている。この組成物では、水と混合した後、エトリンガイトになり得る可能性のあるもののうち、基本的にすべてから約２０分以内にエトリンガイトを形成することによって耐二酸化炭素性のセメントボードを高速で生産することができる。このセメント組成物の基本的な成分は、ポルトランドセメント、高アルミナセメント、硫酸カルシウム及び石灰である。フライアッシュ、モンモリロナイト粘土、珪藻土及び軽石粉などのポゾランは、最大約２５％まで添加することができる。このセメント組成物は、約１４〜２１重量％の高アルミナセメントを含むので、その他の成分と組み合わされたこの高アルミナセメントによって、セメント組成物の急結の原因となるエトリンガイト及びその他のアルミン酸カルシウム水和物を早期に形成することができる。彼らの発明では、Ｇａｌｅｒらは、高アルミナセメント（ＨＡＣ）を用いてアルミン酸塩を供給し、石こうを用いて硫酸塩イオンを供給することによってエトリンガイトを形成し、セメント組成物の急結性を実現した。
【０００４】
エトリンガイトは、式Ｃａ６Ａｌ２（ＳＯ４）３・３２Ｈ２Ｏ、或は３ＣａＯ・Ａ１２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏを有する硫酸アルミニウムカルシウム化合物である。エトリンガイトは、長い針状晶として形成され、セメントボードに速やかに早期強度を提供し、その結果としてセメントボードは、型枠内に、又は連続式鋳込み成型ベルト上に注がれた後、間もなく取り扱うことができる。
【０００５】
一般には、Ｇａｌｅｒらの急結性配合物は、数種の制約を受ける。以下に強調されているようなこうした制約は、セメントボードなどのセメント系製品を製造する場合、大きな関心事である。
【０００６】
セメント組成物の凝結の終結時間は、通常、９分を超える。凝結の終結時間は、以下の実施例でさらに定義されるが、より一般的には、セメント系製品となった後でも、凝結の化学反応がさらに長期間続く場合もあるが、取り扱ったり積層したりすることができる程度まで凝結している。
【０００７】
セメント質粉末中の高アルミナセメント（アルミン酸カルシウムセメントとも呼ばれる）の量は、非常に多い。通常、高アルミナセメントは、セメント質粉末中で１４重量％を超える。
【０００８】
ポゾラン材料の量は、セメント質粉末に対して２５重量％までに限定される。
【０００９】
石灰は、急結性を得るための追加の成分として必要である。セメントボード中に石灰が過剰に存在することは、その長期の耐久性能にとって有害である。セメントボードは、ポリマーコート付グラスファイバメッシュで補強される場合が多く、このメッシュは、高アルカリ環境中で強度及び延性を失い、劣化する。過剰の石灰の存在によって、セメント系マトリックスのアルカリ度が上昇し、それによってポリマーコート付グラスファイバメッシュ及び生成セメントボードの長期の耐久性能が負の影響を受ける。加えて、過剰の石灰の存在によって、コンクリートが硫酸塩による攻撃も受け易くなり、それによってその耐久性が影響される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、高温の水と、水硬性セメントを含むセメント質粉末と、促進量のアルカノールアミン及びポリリン酸塩とを混合してスラリーとし、これを凝結させてなるセメント組成物を製造する方法を提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、凝結速度が速く、早期圧縮強度が増したセメントボードを提供することである。このセメントボードは、アルカノールアミンとポリリン酸塩を含むものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
したがって、本発明は、一般には、急速凝結及び早期強度の発現が望ましい多様な用途に使用できるセメント組成物を製造する方法、及びセメントボードに関する。スラリーを高温で形成する際にセメント組成物の凝結を促進するためにポリリン酸塩と組み合わせてアルカノールアミンを使用すると、アルカノールアミン濃度を低減しつつ、セメントボードなどのセメント系製品の生産速度を上昇させることが可能になる。
【００１３】
本発明のセメント組成物は、建造物の湿潤及び乾燥部位で使用した場合に耐湿性に優れたセメントボードなどのプレキャストコンクリート製品を製造するのに使用することができる。セメントボードなどのプレキャストコンクリート製品は、静止若しくは移動型枠内に、又は連続移動式ベルト上にセメントスラリーが注がれた後にあまり間をおかずに凝結してセメントボードとして取り扱いができるような条件下で製造される。
【００１４】
急結性は、周囲の温度を越える温度、例えば、９０°Ｆ（３２．２℃）以上、より好ましくは、１００°Ｆ（３８℃）以上、又は１０５°Ｆ（４１℃）以上、又は１１０°Ｆ（４３℃）以上で、水と、水硬性セメントを含むセメント質粉末と、凝結促進量のアルカノールアミン及びポリリン酸塩を含むスラリーを調製することによって実現される。通常、スラリーの作成初期温度を、９０°Ｆ〜１６０°Ｆ（３２℃〜７１℃）、好ましくは９０°Ｆ〜１３５°Ｆ（３２℃〜５７℃）、最も好ましくは、１２０〜１３０°Ｆ（４９〜５４℃）とする。
【００１５】
ギルモア針によって測定した場合の、セメント組成物の凝結の終結時間（即ち、その時間後では、セメントボードを取り扱うことができる時間）は、適量の水と混合後、長くとも３０分、好ましくは、長くとも２０分、より好ましくは、長くとも１０分又は長くとも５分であるべきである。凝結の終結時間が短くなり、早期圧縮強度が大きくなることにより、生産量の増加、及び製品製造コストの低減が達成される。
【００１６】
本発明のセメント組成物におけるスラリーに加えられるアルカノールアミンの量は、セメント質粉末に対して、０．０２５〜４．０重量％、より好ましくは、０．０２５〜２．０重量％、さらに好ましくは、０．０２５〜１重量％、又は０．０５〜０．２５重量％、最も好ましくは、０．０５〜０．１重量％の範囲である。トリエタノールアミンは、好ましいアルカノールアミンである。しかし、モノエタノールアミン及びジエタノールアミンなどの他のアルカノールアミンも、トリエタノールアミンを代替することができ、或は、トリエタノールアミンと組み合わせて使用することができる。
【００１７】
本発明のセメント組成物におけるスラリーに加えられるポリリン酸塩の量は、セメント質粉末に対して、０．１５〜１．５重量％、好ましくは、０．３〜１．０重量％、より好ましくは、０．４〜０．７５重量％である。好ましいリン酸塩は、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）であるが、トリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）、トリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）、ピロリン酸四ナトリウム（ＴＳＰＰ）及びピロリン酸四カリウム（ＴＫＰＰ）などの他のポリリン酸塩との配合物も、トリエタノールアミン濃度を低下させて、セメント組成物の凝結性能を向上させ、セメントボードの圧縮強度を向上させる。
【００１８】
上述したように、こうした重量％は、セメント質粉末の重量に対するものである。このセメント質粉末は、少なくとも水硬性セメント、好ましくは、ポルトランドセメント、アルミン酸カルシウムセメントを含み、また、その他成分として、硫酸カルシウム、鉱物性添加材からの１種以上を含んでいる。ここで、鉱物性添加材は、好ましくはフライアッシュであり、水と一緒にしてスラリーを形成する。ここで、骨材などの不活性物は、セメント質粉末の範疇に分類されない。
【００１９】
典型的なセメント質粉末は、ポルトランドセメントとフライアッシュであって、ポルトランドセメントとフライアッシュの合計量を基準として、ポルトランドセメントが４０〜８０重量％と、フライアッシュが２０〜６０重量％である。
【００２０】
別の典型的なセメント質粉末は、ポルトランドセメント、アルミン酸カルシウムセメント（通常、アルミナセメント又は高アルミナセメントとも呼ばれる）、硫酸カルシウム、およびフライアッシュでなっていて、ポルトランドセメント、アルミン酸カルシウムセメント、硫酸カルシウムとフライアッシュの合計量を基準にして、ポルトランドセメントが４０〜８０重量％、アルミン酸カルシウムセメントが０〜２０重量％、硫酸カルシウムが０〜７重量％、フライアッシュが０〜５５重量％である。したがって、このセメント組成物におけるセメント質粉末は、ポゾラン性材料であるフライアッシュを最大で５５重量％まで含むことができる。フライアッシュなどの鉱物性添加材の含有量を増加させることにより、セメント組成物の製造コストを実質的に低下させることができる。さらに、鉱物性添加材としてポゾラン性材料を使用することにより、ポゾラン反応の結果として製品の長期耐久性を向上させるようにもなると思われる。
【００２１】
セメント組成物において、セメント質粉末には、石灰を外部から添加すべきではない。石灰含量を低下させることにより、セメント系マトリックスのアルカリ度を低下させ、これにより、製品の長期耐久性を増進させることができると思われる。
【００２２】
ポリリン酸塩とアルカノールアミンには相乗的相互作用が存在する。ポリリン酸塩とアルカノールアミンを組合せて加えたセメント組成物は、ポリリン酸塩を含まないセメント組成物に比較して凝結の終結時間が短くなり、早期圧縮強度が上昇するという利点を有する。
【００２３】
加えて、ポリリン酸塩を添加すると、硫酸アルミニウムなどの他の促進剤と異なり、スラリーの流動性が改良される。これは、硫酸アルミニウムでは、スラリーの固化が早過ぎる恐れがあるからである。
【００２４】
本発明のセメント質粉末には、実質的に接着特性のない鉱物性添加材を加えることができる。鉱物性添加材としては、クラスＣフライアッシュなどポゾラン特性を有するものが特に好ましい。
【００２５】
本発明のセメント組成物は、その作業性や用途に応じて、スラリー化段階で、さらに、砂、骨材、軽量フィラー、高性能減水剤（ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃｉｚｅｒ）、凝結促進剤、凝結遅延剤、発泡剤（空気連行剤）、収縮調節剤、スラリー粘度調整剤（増粘剤）、着色剤、内部養生剤などを添加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】トリエタノールアミン０．０５重量％を含むセメント組成物において、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）の添加量によるスラリーの温度上昇に及ぼす効果を示す実施例１の結果のグラフである。
【図２】ＩＩＩ型ポルトランドセメントを１００重量部、クラスＣフライアッシュを４０重量部、ランドプラスタを２０重量部、トリエタノールアミンを０．１０重量％含み、さらにトリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）、トリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）のうちの１つを０．７５重量％含むスラリーの温度上昇の比較を示す実施例５の結果のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明のセメント組成物は、水硬性セメントを含むセメント質粉末、アルカノールアミン、ポリリン酸塩、及び水を、９０°Ｆ（３２．２℃）〜１６０°Ｆ（７１℃）の間の温度でスラリーとすることで、３０分未満、より好ましくは、２０分未満、最も好ましくは、１０分未満又は５分未満で凝結する急結性が得られる。
本発明は、また、凝結速度が速く、早期圧縮強度が向上したセメントボードを提供する。
【００２８】
特定の理論に拘泥されるものではないが、急結性は、例えば、ポルトランドセメントが４０〜８０重量％、アルミン酸カルシウムセメントが０〜２０重量％、硫酸カルシウムが０〜７重量％、及び鉱物性添加材が０〜５５重量％であるセメント質粉末を、エトリンガイト及び／又はアルミン酸カルシウムの他の水和物及び／又はリン酸カルシウム化合物が形成する条件である９０°Ｆ（３２．２℃）を超える高温で、アルカノールアミン、ポリリン酸塩及び水と混合してスラリーとすることによって実現される。
【００２９】
したがって、セメント質粉末に適量の水を供給して水和させ、エトリンガイト、アルミン酸カルシウム化合物の他の水和物及び／又はリン酸カルシウムを速やかに形成する。一般には、添加される水の量は、セメント質粉末の水和に理論的に必要とされる量より多いことになる。水の含有量をこのように増加させると、セメント質粉末を含むスラリーの作業性が改善される。
【００３０】
通常、スラリー化において、セメント質粉末に対する水は、重量比で０．２０／１〜０．８０／１、好ましくは、０．３０／１〜０．６０／１である。水の量は、セメント組成物を構成する材料によって決まる。
【００３１】
本発明のセメント組成物は、水和過程でエトリンガイト、アルミン酸カルシウムの他の水和物及び／又はリン酸カルシウム化合物が非常に速やかに形成され、それによって、急結性となり、かつセメントボードなどのセメント系製品に剛性が賦与される。セメントボードなどのセメント系製品の製造では、本発明のセメント組成物が適量の水が配合されることにより、混合して数分以内に凝結して、セメントボードのハンドリングを可能にする。これは、主として、エトリンガイト、他のアルミン酸カルシウム水和物及び／又はリン酸カルシウム化合物の形成によるものである。
【００３２】
セメント組成物の凝結は、ＡＳＴＭ  Ｃ２６６試験手順に規定されたギルモア針を使用して測定される始発時間及び終結の終結時間によって特徴づけられる。終結時間は、セメント系製品、例えば、セメントボードが、十分に凝結してハンドリングできるようになった時間に対応する。終結時間に到達した後も凝結反応はそれ以後の期間も続くことは当業者には理解されよう。
【００３３】
セメント組成物の凝結物は、ＡＳＴＭ  Ｃ１０９に規定された養生５時間後の圧縮強度を早期圧縮強度と定義して比較することによって特徴づけられる。早期圧縮強度が大きいことによって、凝結物をパネルとするときには、そのパネルが凝結後の早い時間にハンドリング可能になる。
【００３４】
Ａ．セメント組成物成分の詳細
１）セメント質粉末
本発明のセメント組成物におけるセメント質粉末の主成分は、水硬性セメントであり、具体例を挙げれば、ポルトランドセメント、アルミン酸カルシウムセメントがあり、好ましくはポルトランドセメントである。
【００３５】
セメント質粉末において水硬性セメント以外に加えることができるその他成分として、硫酸カルシウムと鉱物性添加材があり、鉱物性添加材の好ましい例として、フライアッシュなどのポゾラン材料を挙げることができる。
【００３６】
１−１）水硬性セメント
水硬性セメントは、代表的にポルトランドセメントであり、その他アルミン酸カルシウムセメントがあり、本発明のセメント組成物の主要成分を構成する。ある種の石こうもポルトランドセメントの範疇に入れることがあるが、水の存在下で強度を発現しない石こうは、本発明における「水硬性セメント」としないことを理解されたい。
【００３７】
＜ポルトランドセメント＞
ポルトランドセメントに関するＡＳＴＭ  Ｃ  １５０標準規格では、ポルトランドセメントは、基本的に水硬性ケイ酸カルシウムでなり、粉砕添加物（ｉｎｔｅｒ−ｇｒｏｕｎｄ  ａｄｄｉｔｉｏｎ）として１以上の形態の硫酸カルシウムを含むクリンカを粉砕して製造される水硬性セメントとして定義されている。より一般的には、その他の水硬性セメント、例えば、カルシウムスルホアルミネート系セメントは、ポルトランドセメントを代替することができる。ポルトランドセメントを製造するためには、石灰石と粘土を良く混合し、キルンで焼成してポルトランドセメントクリンカを形成する。ポルトランドセメントの以下の４つの主たる相、即ち、ケイ酸三カルシウム（３ＣａＯ・ＳｉＯ２、Ｃ３Ｓとも呼ばれる）、ケイ酸二カルシウム（２ＣａＯ・ＳｉＯ２、Ｃ２Ｓと呼ばれる）、アルミン酸三カルシウム（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３又はＣ３Ａ）及びアルミン酸鉄四カルシウム（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３又はＣ４ＡＦ）がクリンカ中に存在する。上記の化合物を含む生成クリンカを所望の微細度まで硫酸カルシウムと一緒にして粉砕する（ｉｎｔｅｒ−ｇｒｏｕｎｄ）ことによってポルトランドセメントを生産する。
【００３８】
ポルトランドセメント中に少量存在するその他の化合物として、硫酸アルカリの複塩、酸化カルシウム、及び酸化マグネシウムが挙げられる。セメントボードを製造しようとする場合、ポルトランドセメントは、ブレーン表面積法（ＡＳＴＭ  Ｃ  ２０４）によって測定したとき、粒子の表面積が４，０００ｃｍ２／グラム超、通常５，０００〜６，０００ｃｍ２／グラムであるような非常に微細な粒子の形態で通常存在することになる。ポルトランドセメントの広く認められている多様なクラスのなかで、ＡＳＴＭＩＩＩ型ポルトランドセメントが、本発明のセメント組成物におけるセメント質粉末として最も好ましい。これは、このセメントの反応性が比較的速やかであり、早期強度の発現が大きいからである。
【００３９】
本発明では、水硬性セメントとして、ＩＩＩ型ポルトランドセメントを好ましい例として挙げられるが、ＩＩＩ型ポルトランドセメントの代わりに他のセメントを使用しても比較的速やかな早期強度の発現を得ることができる。ＩＩＩ型ポルトランドセメントを代替又は補助するのに使用できるその他の広く認められた型のセメントとして、Ｉ型ポルトランドセメント、ＩＩ型ポルトランドセメント、白色セメント、高炉スラグセメントなどのスラグセメント、ポゾラン混入セメント、膨張セメント、スルホアルミネートセメント、及び油井セメントを含めての他の水硬性セメントが挙げられる。
【００４０】
＜アルミン酸カルシウムセメント＞
アルミン酸カルシウムセメント（ＣＡＣ）は、本発明のセメント質粉末における別の型の水硬性セメントである。
【００４１】
アルミン酸カルシウムセメント（ＣＡＣ）は、通常、アルミナセメント又は高アルミナセメントとも呼ばれる。アルミン酸カルシウムセメントは、アルミナ含有量が高く、約３６〜４２重量％が典型的である。より高純度のアルミン酸カルシウムセメントも市販されており、そのセメントでは、アルミナ含有量が８０重量％にもなる場合がある。こうした高純度のアルミン酸カルシウムセメントは、他のセメントと比較して非常に高価になる傾向がある。本発明の一部の実施形態で使用されるアルミン酸カルシウムセメントは、アルミン酸塩が水性相に入り易くするように微細に粉砕されており、その結果として、エトリンガイト及び他のアルミン酸カルシウム水和物を速やかに形成させることができる。本発明の一部の実施形態で使用し得るアルミン酸カルシウムセメントの表面積は、ブレーン表面積法（ＡＳＴＭ  Ｃ  ２０４）によって測定した場合、３，０００ｃｍ２／グラム超、通常、約４，０００〜６，０００ｃｍ２／グラムになることになる。
【００４２】
アルミン酸カルシウムセメントを生産するためにいくつかの製造法が世界で知られている。通常、アルミン酸カルシウムセメントの製造で使用される主原料は、ボーキサイト及び石灰石である。アルミン酸カルシウムセメントを生産するためにアメリカ合衆国で採用されてきた１つの製造法を以下に説明する。最初にボーキサイト鉱を破砕し、乾燥させ、次いで石灰石と一緒に粉砕する。次いで、ボーキサイト及び石灰石を含む乾燥粉末をロータリーキルンに供給する。キルンの燃料としては、粉砕した低灰分炭を使用する。ボーキサイトと石灰石の反応が、キルン内で行われ、溶融生成物が、キルンの低い方の末端部に集合し、底部の一連のトラフ内に注がれる。溶融クリンカを水で急冷することによって粒状クリンカを形成し、次いでストックパイルに輸送する。次いで、この粒状物を所望の粒度まで粉砕することによって最終のセメントを生産する。
【００４３】
数種のアルミン酸カルシウム化合物が、アルミン酸カルシウムセメントを製造する過程で形成される。形成される主化合物は、アルミン酸一カルシウム（ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、ＣＡとも呼ばれる）である。形成されるその他のアルミン酸カルシウム化合物及びケイ酸カルシウム化合物として、Ｃ１２Ａ７とも呼ばれるｌ２ＣａＯ・７Ａ１２Ｏ３、ＣＡ２とも呼ばれるＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３、ケイ酸二カルシウム（Ｃ２Ｓと呼ばれる２ＣａＯ・ＳｉＯ２）、ケイ酸アルミナ二カルシウム（Ｃ２ＡＳと呼ばれる、２ＣａＯ・Ａ１２Ｏ３・ＳｉＯ２）が挙げられる。酸化鉄を比較的高い割合で含む数種の他の化合物も形成される。こうしたものとして、ＣａＯ・Ｆｅ２Ｏ３若しくはＣＦ及び２ＣａＯ・Ｆｅ２Ｏ３若しくはＣ２Ｆなどのカルシウムフェライト、並びにテトラカルシウムアルミノフェライト（４ＣａＯ・Ａ１２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３若しくはＣ４ＡＦ）、６ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・２Ｆｅ２Ｏ３若しくはＣ６ＡＦ２、及び６ＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３若しくはＣ６Ａ２Ｆなどのカルシウムアルミノフェライトが挙げられる。アルミン酸カルシウムセメント中に存在する他の微量成分として、マグネシア（ＭｇＯ）、チタニア（ＴｉＯ２）、硫酸塩、及びアルカリが挙げられる。
【００４４】
１−２）鉱物性添加材
水硬性セメントは、接着特性が相当にある、ほとんどない、又はまったくない鉱物性添加材によって部分的に代替することができる。鉱物性添加材は、フライアッシュなどのポゾラン特性を有するポゾラン材料が、本発明のセメント質粉末として特に好ましい。
【００４５】
ＡＳＴＭ  Ｃ６１８−９７は、ポゾラン性材料を、「それ自体はほとんど又はまったくセメントとしての価値はないが、微粉砕された形態で、水分の存在下、常温で水酸化カルシウムと化学的に反応することによってセメント質特性を有する化合物を形成するケイ酸質材料又はケイ酸質でアルミノ質である材料」として定義する。天然及び人工の多様な材料が、ポゾラン特性を有するポゾラン材料と呼ばれてきた。ポゾラン材料の例として、軽石、パーライト、珪藻土、シリカフューム、凝灰岩、トラス、籾殻、メタカオリン、造粒高炉スラグ粉砕物、及びフライアッシュが挙げられる。こうしたポゾラン材料はすべて、本発明のセメント質粉末の一部として単独で又は組み合わせて使用することができる。フライアッシュは、本発明のセメント質粉末に使用される好ましいポゾラン材料である。酸化カルシウム及びアルミン酸カルシウムの含有量が大きいフライアッシュ（ＡＳＴＭ  Ｃ６１８標準のクラスＣフライアッシュなどの）は、以下で説明するように好ましい。炭酸カルシウム、バーミキュライト、粘土及び粉砕雲母なども、鉱物性添加材として本発明のセメント組成物に使用できる。
【００４６】
フライアッシュは、石炭の燃焼に由来して形成された微粉末副生物である。微粉炭を燃焼させる電力プラント事業用ボイラーによって最も市場に適したフライアッシュが生産される。こうしたフライアッシュは、主として、ガラス状球形粒子、並びにヘマタイトとマグネタイトの残分、炭、及び冷却中に形成されるいくつかの結晶相からなる。フライアッシュ粒子の構造、組成及び特性は、石炭の構造と組成、及びフライアッシュが形成される燃焼プロセスによって決まる。ＡＳＴＭ  Ｃ６１８標準では、コンクリートで使用されるフライアッシュの２つの主要なクラス−クラスＣとクラスＦが認定されている。フライアッシュのこれら２つのクラスは、地質時代に行われた石炭形成プロセスの相違の結果である石炭の種類の相違に由来する。クラスＦフライアッシュは、通常、無煙炭又は瀝青炭の燃焼から生成し、クラスＣフライアッシュは、通常、亜炭又は亜瀝青炭から生成する。
【００４７】
ＡＳＴＭ  Ｃ６１８標準は、主としてそのポゾラン特性によってクラスＦフライアッシュとクラスＣフライアッシュを区別する。したがって、ＡＳＴＭ  Ｃ６１８標準では、クラスＣフライアッシュとクラスＦフライアッシュの主要な規格上の相違点は、組成におけるＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３の最低限界によるものである。クラスＦフライアッシュに対するＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３の最低限界は、７０％であり、クラスＣフライアッシュでは５０％である。したがって、クラスＦフライアッシュは、クラスＣフライアッシュよりポゾラン性が高い。ＡＳＴＭ  Ｃ６１８標準では明確に認定されていないが、クラスＣフライアッシュは、通常、酸化カルシウム含有量が大きい。酸化カルシウムが多く存在するために、クラスＣフライアッシュはセメント様特性を有するようになり、それによって、水と混合した場合に、ケイ酸カルシウム水和物及びアルミン酸カルシウム水和物が形成される。以下の実施例で分かるように、クラスＣフライアッシュは、特に、アルミン酸カルシウムセメント及び石こうが使用されない配合物において、優れた結果をもたらすことが分かっている。
【００４８】
１−３）硫酸カルシウム
以下に示す多様な形態の硫酸カルシウムを本発明で使用することによってエトリンガイト及び他のカルシウムスルホアルミネート水和物化合物を形成するための硫酸塩イオンが提供される。
−  二水和物−ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ（通常、石こう又はランドプラスタとして知られている）
−  半水和物−ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ（通常、スタッコ、プラスタオブパリス、あるいは単にプラスタとして知られている）
−  無水物−ＣａＳＯ４（無水硫酸カルシウムとも呼ばれる）
【００４９】
ランドプラスタは、比較的純度の低い石こうであり、経済的な見地から本発明のセメント組成物に使用するに好ましい。もちろん、純度が高い等級の石こうも使用できる。ランドプラスタは、採掘された石こうから製造され、ブレーン表面積法（ＡＳＴＭ  Ｃ  ２０４）によって測定した場合、比表面積が２，０００ｃｍ２／グラム超、通常約４，０００〜６，０００ｃｍ２／グラムの比較的小さい粒子まで粉砕される。微細粒子は、容易に溶解し、エトリンガイトを形成するのに必要である石こうを供給する。多様な製造業からの副生物として得られる合成石こうも本発明の好ましい硫酸カルシウムとして使用することができる。他の２つの形態の硫酸カルシウム、即ち、半水和物及び無水物も、石こうつまり硫酸カルシウムの二水和物形態の代わりに本発明で使用することができる。
【００５０】
１−４）セメント質粉末における組合わせ
セメント質粉末の組合わせ例を挙げると、鉱物性添加材としてポゾラン材料を用い、ポルトランドセメントと組み合わせるとき、ポルトランドセメントに対するポゾラン材料の重量比は、０／１００〜１５０／１００、好ましくは７５／１００〜１２５／１００である。特に、ポゾラン材料がフライアッシュであり、ポルトランドセメントと組み合わせるとき、ポルトランドセメントとフライアッシュの合計量を基準にして、ポルトランドセメントが４０〜８０重量％、フライアッシュが２０〜６０重量％とするのが好ましい。
【００５１】
セメント質粉末が、ポルトランドセメント、アルミン酸カルシウムセメント、硫酸カルシウム及びフライアッシを使用するとき、ポルトランドセメント、アルミン酸カルシウムセメント、硫酸カルシウム、及びフライアッシの合計量を基準にして、ポルトランドセメントが４０〜８０重量％、アルミン酸カルシウムセメントが０〜２０重量％、硫酸カルシウムが０〜７重量％、フライアッシュが０〜５５重量％とすることができる。
【００５２】
２）アルカノールアミン
本発明では、多様なアルカノールアミンを単独で又は組み合わせて使用することによってセメント組成物の凝結性を促進させることができる。本発明で使用するアルカノールアミンは、一般式ＮＨ３−ｎ（ＲＯＨ）ｎ〔式中、ｎは１、２又は３であり、Ｒは炭素原子を１、２又は３個を有するアルキル基である。〕で表される。有用なアルカノールアミンの具体例として、モノエタノールアミン［ＮＨ２（ＣＨ２−ＣＨ２ＯＨ）］、ジエタノールアミン［ＮＨ（ＣＨ２−ＣＨ２ＯＨ）２］、及びトリエタノールアミン［Ｎ（ＣＨ２−ＣＨ２ＯＨ）３］が挙げられる。トリエタノールアミン（ＴＥＡ）は、本発明において最も好ましいアルカノールアミンである。
【００５３】
アルカノールアミンは、強いアルカリ性で、カチオン活性であるアミノアルコールである。アルカノールアミン、例えば、トリエタノールアミンは、通常、本発明のセメント質粉末の重量に対して、０．０２５〜４．０重量％、好ましくは、０．０２５〜２．０重量％、より好ましくは、０．０２５〜１．０重量％、さらに好ましくは、０．０５〜０．２５重量％、最も好ましくは、０．０５〜０．１重量％の用量で使用される。したがって、例えば、セメント質粉末１００ポンドに対して、アルカノールアミン０．０２５〜４．０ポンドが加えられる。
【００５４】
３）ポリリン酸塩
本発明のセメント組成物に使用されるポリリン酸塩は、リン原子が相互に結合していないで、少なくとも１つの同じ酸素原子にＰ−Ｏ−Ｐのように結合し、１個以上のリン原子を有する縮合リン酸の塩であり、メタリン酸の塩、ピロリン酸の塩も包含している。このときポリリン酸の塩は、通常、アルカリ金属塩である。
【００５５】
メタリン酸塩は、イオン性部分（（ＰＯ３）ｎ）ｎ−を含む環式構造であるポリリン酸塩であり、ｎは、少なくとも３であり、例えば、（Ｎａ３（ＰＯ３）３）である。ウルトラリン酸塩は、ＰＯ４四面体の少なくとも一部が隅の酸素原子３個を共有するポリリン酸塩である。ピロリン酸塩は、（Ｐ２Ｏ７）４−イオンを有するポリリン酸塩、例えば、ＮａｎＨ４−ｎ（Ｐ２Ｏ７）であり、ｎは０〜４である。
【００５６】
本発明におけるポリリン酸塩は、具体例として、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）、トリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）、トリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）、ピロリン酸四ナトリウム（ＴＳＰＰ）、ピロリン酸四カリウム（ＴＫＰＰ）などが挙げられ、アルカノールアミン、例えば、トリエタノールアミン濃度を減らしても、セメント組成物の凝結性能を向上させ、セメントボードの圧縮強度を向上させることができる。
【００５７】
ポリリン酸塩の用量は、本発明のセメント質粉末に対して、０．１５〜１．５重量％、好ましくは、０．３〜１．０重量％、より好ましくは、０．５〜０．７５重量％である。したがって、例えば、セメント質粉末１００ポンドに対して、ポリリン酸塩０．１５〜１．５ポンドが加えられる。
【００５８】
スラリー化に際して、９０°Ｆ（３２℃）〜１６０°Ｆ（７１℃）の間の温度が得られる条件で、適切な量のポリリン酸塩を添加することによって、得られたセメント組成物は急結性になり、例えば、高アルミナセメントがなくてもトリエタノールアミンを大幅に減らすることが可能になる。
【００５９】
４）その他任意に加えられる成分
４−１）凝結遅延剤
本発明のセメント組成物には、さらに凝結遅延剤を加えることができる。凝結遅延剤を使用することは、スラリー化する際の初期スラリー温度が、１００°Ｆ（３８℃）を超えるような状況では特に助けとなる。かかる比較的高い初期スラリー温度では、クエン酸ナトリウム、クエン酸などの凝結遅延剤は、セメント組成物中の多様な反応成分間の相乗的な物理的及び化学的反応を促進し、スラリー温度上昇に対して好ましい応答と好ましい急結挙動をもたらす。遅延剤を添加しないと、水を加えた直後に、セメント質粉末の固化が非常に速やかに生ずる恐れがある。これは、「偽凝結」とも呼ばれる、この偽凝結は、エトリンガイトの適切かつ完全な形成を妨害し、それより遅い段階でのケイ酸カルシウム水和物の正常な形成を妨害し、セメント組成物が凝結する時に、極端に不良である脆弱な微細構造が発達する原因になるからである。
【００６０】
凝結遅延剤の主たる機能は、セメント組成物の過度に速い凝結速度を抑え、それによって多様な反応成分間の相乗的な物理的相互作用及び化学的反応を促進することにある。凝結遅延剤を添加することの二次的な利点として、作業可能な硬さを有するセメント組成物を実現するのに必要な高性能減水剤及び／又は水の量を低減することが挙げられる。これらの利点の全ては、偽凝結の発生を抑制することにより実現される。有用な凝結遅延剤の具体例として、クエン酸ナトリウム、クエン酸、酒石酸カリウム、酒石酸ナトリウムなどが挙げられ、特に、クエン酸ナトリウムが好ましい。さらには、凝結遅延剤は、セメント組成物の過度な凝結速度を抑えるので、セメントボードとして成形するときに、その端部を良好に形成するのに役立つ。凝結遅延剤の添加量は、セメント質粉末に対して、一般に重量比で１．０重量％未満、好ましくは０．０４〜０．３重量％である。
【００６１】
４−２）二次無機凝結促進剤
本発明のセメント組成物には、アルカノールアミンとポリリン酸塩を組み合わせて用いているが、さらに二次無機凝結促進剤を加えることができる。
【００６２】
こうした二次無機凝結促進剤は、アルカノールアミンとポリリン酸塩の組合せによる効果に比較して凝結の終結時間の短縮は僅かしか期待できない。かかる二次無機凝結促進剤の具体例として、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、硝酸カルシウム、亜硝酸カルシウム、ギ酸カルシウム、酢酸カルシウム、塩化カルシウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、亜硝酸リチウム、硫酸アルミニウムなどが挙げられ、これらを単独でも、あるいは２種以上を組み合わせて使用することができる。セメントボード用のファスナーの腐食が心配である場合は、塩化カルシウムの使用は避けるべきである。
【００６３】
二次無機凝結促進剤の添加量は、セメント質粉末に対して、一般に２重量％未満、好ましくは０．１〜１重量％である。換言すれば、セメント質粉末１００ポンドに対して、二次無機凝結促進剤が、通常２ポンド未満、好ましくは、０．１〜１ポンドである。
【００６４】
４−３）高性能減水剤
本発明のセメント組成物には、さらに高性能減水剤を加えることができる。高性能減水剤は、乾燥形態で添加しても、溶液形態で添加してもよい。高性能減水剤により、スラリー化するに必要な水の量を低減することができる。高性能減水剤の具体例として、ポリナフタレンスルホネート、ポリアクリレート、ポリカルボキシレート、リグノスルホネート、メラミンスルホネートなどが挙げられる。高性能減水剤（乾燥粉末を基準として）の添加量は、セメント質粉末に対して、通常、２重量％以下、好ましくは０．１〜１．０重量％である。
【００６５】
４−４）発泡剤
軽量セメントボードなどの軽量製品を生産したい場合、発泡剤を組成物中に添加して製品を軽量化することができる。
【００６６】
発泡剤は、セメントスラリーに添加されて、そのスラリー中で気泡（泡）を形成させる。発泡剤は、通常、コンクリート中に意図的に微細な気泡を残したまま凝固させるに使用される界面活性剤である。或は、発泡剤は、外部で泡を製造するために用いられ、その泡は、混合操作中にセメントスラリーに導入されてセメントボードの製品密度を低減させる。通常、外部で泡を製造するために、発泡剤（液体発泡剤としても知られている）、空気及び水を混合し、適切な泡発生装置で泡を形成し、次いで、その泡をセメントスラリーに添加する。
【００６７】
発泡剤の例として、アルキルスルホネート、アルキルベンゾールスルホネート、アルキルエーテルスルフェートオリゴマーが挙げられる。こうした発泡剤に対する一般式の詳細は、米国特許第５，６４３，５１０号で知ることができる。
【００６８】
ＡＳＴＭ  Ｃ  ２６０「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ａｉｒ−Ｅｎｔｒａｉｎｉｎｇ  Ａｄｍｉｘｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ」（２００６年８月１日）に規定された標準に合致した発泡剤を用いることができる。かかる発泡剤は、当業者には周知であり、Ｋｏｓｍａｔｋａらの「Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ  Ｍｉｘｔｕｒｅｓ」第４版、Ｐｏｒｔｌａｎｄ  Ｃｅｍｅｎｔ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ、詳細には、「Ａｉｒ  Ｅｎｔｒａｉｎｅｄ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ」というタイトルの８章（米国特許出願第２００７／００７９７３３  Ａｌに引用されている）に記載されている。市販の発泡剤として、ビンゾール木質樹脂、スルホン化炭化水素、脂肪族樹脂酸；スルホン化リグニン塩、及び通常、アニオン性又は非イオン性界面活性剤の形態をとる多数の他の界面活性材料などの脂肪族置換アリールスルホネート；アビエチン酸ナトリウム、飽和又は不飽和脂肪酸及びそれらの塩、テンサイド、アルキルアリールスルホネート、フェノールエトキシレート、リグノスルホネート、樹脂石けん、ヒドロキシステアリン酸ナトリウム、硫酸ラウリル、ＡＢＳ（アルキルベンゼンスルホネート）、ＬＡＳ（直鎖アルキルベンゼンスルホネート）、アルカンスルホネート、ポリオキシエチレンアルキル（フェニル）エーテル、ポリオキシエチレンアルキル（フェニル）エーテルスルフェートエステル又はそれらの塩、ポリオキシエチレンアルキル（フェニル）エーテルホスフェートエステル又はそれらの塩、タンパク質材料、アルケニルスルホスクシネート、α−オレフィンスルホネート、α−オレフィンスルホネートのナトリウム塩、又はラウリル硫酸ナトリウム若しくはラウリルスルホン酸ナトリウム及びそれらの混合物が挙げられる。
【００６９】
発泡剤は、通常、セメント組成物全体に対して０．０１〜１重量％である。
【００７０】
４−５）スクリム
多様な型の個々の補強繊維も本発明のセメント組成物に含有させることができる。ポリマー被覆グラスファイバ、並びにポリプロピレン、ポリエチレン及びナイロンなどのポリマー材料などの材料から作製したスクリムを使用して、セメントボードの機能及び用途に応じて補強することができる。本発明に従って生産されたセメントボードは、通常、ポリマー被覆グラスファイバから作製されたスクリムを用いて補強される。
【００７１】
４−６）骨材及びフィラー
上記したセメント質粉末は、本発明のセメント組成物の急結成分を規定するものであるが、所望する使用及び用途に応じて、その他の材料もこのセメント組成物に含有させることができる。
【００７２】
例えば、セメントボードの用途では、製品の所望の機械特性を不当に低下させることなく軽量セメントボードを生産することが望ましい。この目的は、軽量骨材及びフィラーを添加することによって実現される。有用な軽量骨材及びフィラーの例として、高炉スラグ、火山性凝灰岩、軽石；粘土、頁岩、及びパーライトの膨張形態；中空セラミック球、中空プラスチック球、膨張プラスチックビーズなどが挙げられる。セメントボードを生産するためには、膨張粘土及び頁岩性骨材は、特に有用である。膨張プラスチックビーズ及び中空プラスチック球は、本発明のセメント組成物で使用する場合、それらのかさ密度が極めて低いので、重量基準では非常に少ない量しか必要ではない。
【００７３】
選択した軽量骨材又はフィラーの種類に応じて、セメント質粉末に対する軽量骨材又はフィラーの重量比は、１／１００〜２００／１００、好ましくは、２／１００〜１２５／１００である。例えば、軽量セメントボードを作製する場合、セメント質粉末に対する軽量骨材又はフィラーの重量比は、好ましくは２／１００〜１２５／１００となる。製品が軽量であるという特徴が重要な基準にならない用途では、コンクリート建造物で通常使用されるか川砂及び粗骨材を本発明のセメント組成物の一成分として利用することもできる。
【００７４】
４−７）その他添加剤
収縮制御剤、着色剤、粘度調整剤（増粘剤）及び内部養生剤などの他の化学添加剤も、所望であれば、本発明のセメント組成物に添加することができる。
【００７５】
Ｂ．スラリー化における初期スラリー温度
アルカノールアミンとポリリン酸塩を添加して、高温でスラリー化したとき、本発明のセメント組成物の急結特性に対して有意な影響がもたらされる。９０°Ｆ（３２℃）を超えるスラリー温度が得られる条件下で適量のアルカノールアミン及びポリリン酸塩を添加すると、凝結の終結時間を大幅に短縮することが可能になる。
【００７６】
本発明では、初期のスラリー温度を高くする条件下でスラリーを形成することが、セメント組成物を急結させ、速やかに凝結させるために重要であることが分かった。そこで、凝結の終結時間を短くするために、初期スラリー温度は、９０°Ｆ（３２℃）〜１６０°Ｆ（３２℃〜７１℃）、好ましくは９０°Ｆ〜１３５°Ｆ（３２℃〜５７℃）、さらに好ましくは、１００°Ｆ〜１３５°Ｆ（３８℃〜５７℃）、最も好ましくは１２０°Ｆ〜１３０°Ｆ（４９℃〜５４℃）である。
【００７７】
一般に、この範囲では、スラリーの初期温度が上昇すると、反応の進行と共に温度上昇速度が増加し、凝結の終結時間が短縮される。したがって、９５°Ｆ（３５℃）の初期スラリー温度は、９０°Ｆ（３２℃）の初期スラリー温度より好ましく、温度１００°Ｆ（３８℃）は、９５°Ｆ（３５℃）より好ましく、温度１０５°Ｆ（４１℃）は、１００°Ｆ（３８℃）より好ましく、温度１１０°Ｆ（４３℃）は、１０５°Ｆ（４１℃）より好ましい。しかし、セメントボード温度範囲の上限に接近するにつれて初期スラリー温度を上昇させる利点が少くなると考えられている。
【００７８】
当業者には理解されるように、初期スラリー温度の実現は、１以上の方法によって達成することができる。おそらく、最も好都合な方法は、スラリーの１つ又は複数の成分を加熱することである。実施例で、本発明者らは、乾燥したセメント質粉末に水を加えるとき、生成スラリーが所望の温度になるような温度まで加熱した水を供給した。或は、所望なら、固体であるセメント質粉末を周囲温度より高い温度で供給することもできると思われる。スラリーに熱を供給するために蒸気を使用することも採用可能な別の可能な方法である。
【００７９】
おそらくはより遅くなると思われるが、セメントスラリーを、周囲温度で調製し、急速に（例えば、約１０、５、２又は１分以内に）加熱して９０°Ｆ（又は、その他の上記に列挙した範囲で任意のもの）以上まで温度を上昇させることもできると思われ、それでも本発明の利点は実現される。
【００８０】
Ｃ．セメントボードなどのプレキャストコンクリート製品の製造
セメントボードなどのプレキャストコンクリート製品は、連続プロセスで最も効率的に製造され、その連続プロセスでは、セメント質粉末は、骨材、フィラー及びその他の必要な成分とブレンドされた後、型枠中に又は連続式鋳込み成型ベルト上に置く直前に水及びその他の化学添加剤を添加してセメントスラリーとする。
【００８１】
このセメントスラリーは急結特性を有するので、セメント質粉末の乾燥成分と水との混合は、通常、鋳込み操作の直前に実施されることになることを理解されたい。アルミン酸カルシウム化合物の水和物の形成、及びそれに伴う多量の水の消費の結果として、凝結物は剛性を示し、更なる養生のための、切断、ハンドリング及び積層可能な状態になる。
【実施例】
【００８２】
以下の実施例では、ポルトランドセメント、硫酸カルシウム二水和物（ランドプラスタ）、及びクラスＣフライアッシュをセメント質粉末とし、これにアルカノールアミンとしてトリエタノールアミン（ＴＥＡ）、ポリリン酸塩としてトリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）、及び水を加えてスラリーとした。そして、スラリー温度の上昇挙動、凝結特性、及びこのスラリーを凝結させて製造したセメントボードの立方体圧縮強度（ＣＣＳ）に及ぼす影響を検討した。尚、トリエタノールアミンとトリメタリン酸ナトリウムは、水溶液として加えた。
【００８３】
さらに、凝結遅延剤としてクエン酸ナトリウム、及び高性能減水剤としてスルホン化ナフタレンを添加してスラリーの流動性を制御した。こうした添加剤を全セメント質粉末に対しての重量％として添加した。
【００８４】
セメント質粉末に対する水の重量比を０．４３／１に、セメント質粉末に対する膨張粘土骨材の重量比を０．８０／１で使用して、実施例１〜５のセメント組成物とした。
【００８５】
米国特許第６，８６９，４７４号に記載された組成物との比較のために、セメント質粉末に対する水の重量比を０．４０／１、及びＩＩＩ型ポルトランドセメントに対する膨張粘土骨材の重量比を０．９０／１で使用して、実施例６に記載のセメント組成物を調製した。
【００８６】
水に添加剤を混合した液体の温度を、セメント質粉末と混合する前に調整して特定のスラリー温度を得た。ホバートミキサー中で混合した後、スラリー（約２８０グラム）を６オンスのスタイロホームカップ中に入れ、断熱スタイロホームボックスに入れた。データ収集用のコンピュータプログラムを使用して、温度応答を連続的に測定した。最高温度上昇速度、並びに最高温度及び最高温度までの時間をセメント組成物の反応性の指標として使用した。
【００８７】
始発時間及び終結時間をＡＳＴＭ  Ｃ２６６に従ってギルモア針を用いて測定した。目標は、混合後、１０分未満、好ましくは５〜７分以内に終結に到達することであった。圧縮強度を測定するために、試験用立方体（２インチ×２インチ×２インチ）（５．１ｃｍ×５．１ｃｍ×５．１ｃｍ）を試験の時まで温度６８℃（１５４°Ｆ）で湿ったタオルを含む密封プラスチックバッグ内に保持した。それぞれのセメント組成物からの３個の立方体の圧縮強度を、セメント質粉末に液体を加えて５時間後に測定した。ＡＳＴＭ  Ｃ１０９の手順に指定された荷重速度を満足するようにプログラムされたＳＡＴＥＣ  ＵＴＣ  １２ＯＨＶＬ圧縮機を使用して、立方体を押しつぶすのに必要な最大荷重を測定した。
【００８８】
実施例に使用した原料及び成分は以下の通りであった。
＊  ＩＩＩ型ポルトランドセメント
＊  石こう（ランドプラスタ）
＊  クラスＣフライアッシュ
＊  膨張粘土／頁岩骨材
＊  トリエタノールアミン（ＴＥＡ）
＊  クエン酸ナトリウム
＊  スルホン化ナフタレン縮合体の高性能減水剤
＊  トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）、トリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）、トリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）
【００８９】
以下の実施例では、初期スラリー温度が周囲より高い条件下で乾燥したセメント質粉末及び使用された任意の骨材を水と混合した。初期温度が９０°〜１３５°Ｆ（３２〜５７℃）の範囲内にあるスラリーを生成する温度を有する熱水を通常使用した。
【００９０】
実施例では、凝結遅延剤（クエン酸ナトリウム）、アルカノールアミン（トリエタノールアミン）、ポリリン酸塩は、スラリーの温度挙動に対して、相乗的な役割を示している。以下の実施例では、始発及び終結時間によって特徴づけられるセメント組成物の凝結特性（ＡＳＴＭ  Ｃ２６６の試験手順で指定されたギルモア針を用いて測定）、並びに初期の圧縮強度（ＡＳＴＭ  Ｃ１０９による）を報告する。
【００９１】
＜実施例１＞
セメント質粉末の重量に対して、トリエタノールアミン（ＴＥＡ）を０〜０．０５重量％、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）を０〜１．０重量％加えてセメント組成物（組成物Ｎｏ．１１〜１６）として、これらのセメント組成物の凝結の終結時間（分）及び温度上昇特性に及ぼすＳＴＭＰ及びトリエタノールアミン（ＴＥＡ）の効果を測定した。本実施例では、ＩＩＩ型ポルトランドセメント、クラスＣフライアッシュ及びランドプラスタを重量比（部）１００／４０／１０で配合し、高性能減水剤及びクエン酸塩を水溶液として添加した。図１は、ＳＴＭＰの水準を上昇させると、かかるセメント組成物の温度上昇が促進されたことを示している。表１は、ＳＴＭＰ使用量の変動が、図１に示された温度上昇曲線の特徴、及びこれらのセメント組成物に対して測定された凝結の終結時間に及ぼす効果をまとめている。
【００９２】
表１の結果では、ＴＥＡが０．０２５〜０．０５重量％の範囲、及びＳＴＭＰが０．７５〜１．０重量％の範囲で含むセメント組成物（組成物Ｎｏ．１３、Ｎｏ．１６）の凝結の終結時間が７〜８分であったことを示している。加えて、ＴＥＡが０．０５重量％、及びＳＴＭＰが０．３０重量％含むセメント組成物（組成物Ｎｏ．１５）は、凝結の終結時間が１４分未満であった。
【００９３】
【表１】
0005309382.tif 000002
【００９４】
＜実施例２＞
別の組成構成であるセメント組成物（組成物Ｎｏ．２１〜２８）を調製した。ポルトランドセメント、クラスＣフライアッシュ、及びランドプラスタを重量比を１００／４０／１５とし、ＴＥＡを０．０５重量％、ＳＴＭＰをそれぞれ、０、０．３０、０．７５及び１．０重量％含むセメント組成物（組成物Ｎｏ．２１〜２４）、及びポルトランドセメント、クラスＣフライアッシュ、及びランドプラスタを重量比を１００／７０／２５とし、ＴＥＡ用量を０．１重量％に保持し、ＳＴＭＰをそれぞれ、０、０．５０、０．７５及び１．０重量％含むセメント組成物（組成物Ｎｏ．２５〜２８）について、凝結の終結時間（分）、温度上昇特性、凝固体の立方体圧縮強度を測定した。結果を表２に示す。
【００９５】
表２の結果から、ＳＴＭＰ用量が増加すると、凝結の終結時間が大幅に短縮されることを示している。例えば、ＩＩＩ型ポルトランドセメント１００部、クラスＣフライアッシュ４０部、及びランドプラスタ１５部を含み、ＳＴＭＰが０重量％である組成物Ｎｏ．２１では、終結が１８７分と測定された。ＳＴＭＰが１．０重量％であり、フライアッシュとランドプラスタ含有量が組成物２１と同じである組成物Ｎｏ．２４では、凝結の終結時間が１０分まで短縮された。同様に、ポルトランドセメント１００部、クラスＣフライアッシュ７０部、及びランドプラスタ２５部を含み、ＳＴＭＰを含まない組成物Ｎｏ．２５の凝結の終結時間は、４時間超であり、ＳＴＭＰを０．７５及び１．０重量％含む組成物Ｎｏ．２７及びＮｏ．２８の１２〜１７分と比較して非常に遅いことが分かった。
【００９６】
加えて、表２に含まれる立方体圧縮強度のデータは、比較的高い添加量のＳＴＭＰを含むセメント組成物が、中程度添加量のＳＴＭＰを含むセメント組成物に比較して比較的大きい立方体圧縮強度と十分な急結性を合わせて有することを示すように思われる。例えば、フライアッシュ４０部及びランドプラスタ１５部を有し、それぞれ、ＳＴＭＰをそれぞれ０、０．７５及び１．０重量％含む組成物Ｎｏ．２１、Ｎｏ．２３及びＮｏ．２４は、ＳＴＭＰを０．３０重量％含む組成物Ｎｏ．２２の場合の圧縮強度９１３ｐｓｉに比較して、それぞれ２００４、１１６５及び１６９３ｐｓｉであった。同様に、ＩＩＩ型ポルトランドセメント１００部、フライアッシュ７０部、及びランドプラスタ２５部を含み、ＳＴＭＰをそれぞれ０．７５重量％及び１．０重量％含む組成物Ｎｏ．２７及びＮｏ．２８は、ＳＴＭＰを０．５０重量％含む組成物Ｎｏ．２６の場合の圧縮強度５００ｐｓｉに比較して、６６２及び８８０ｐｓｉであった。
【００９７】
対照的に、ＳＴＭＰを含まない組成物Ｎｏ．２１及びＮｏ．２５は、比較的、終結時間が長かった。ＳＴＭＰが０重量％である組成物Ｎｏ．２１は、２００４ｐｓｉという比較的大きい立方体圧縮強度を有するが、その終結時間１８７分は、本発明で計画された使用には不適当である。
【００９８】
【表２】
0005309382.tif 000003
【００９９】
＜実施例３＞
別の組成構成であるセメント組成物（組成物Ｎｏ．３１〜３８）を調製した。ここでは、セメント質粉末が、ＩＩＩ型ポルトランドセメント１００重量部、クラスＣフライアッシュ４０部、及びランドプラスタ２０部でフライアッシュとランドプラスタの比が４０／２０である場合、および、ＩＩＩ型ポルトランドセメント１００部、クラスＣフライアッシュ６０部、及びランドプラスタ２０部でフライアッシュとランドプラスタの比が６０／２０である場合について、トリエタノールアミン（ＴＥＡ）とトリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）を配合したセメント組成物、ＴＥＡと硫酸アルミニウム（アラム）を組み合わせてトリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）と配合したセメント組成物を用い、ＳＴＭＰの用量を変動させた。表３は、使用したそれぞれの詳細な組成、及び凝結の終結時間（分）、温度上昇特性、凝固体の立方体圧縮強度の測定結果を示している。
【０１００】
ＩＩＩ型ポルトランドセメント、フライアッシュおよびランドプラスタの比が１００／４０／２０で、ＴＥＡが０．１０重量％、ＳＴＭＰが０重量％の組成物Ｎｏ．３２は、凝結の終結時間４２分であり、ＩＩＩ型ポルトランドセメント、フライアッシュおよびランドプラスタの比が同じでＴＥＡが０．２５重量％とアラムが０．０５重量％である組成物Ｎｏ．３１の凝結の終結時間約７分と比較した場合、大幅に長いことを示している。対照的に、ＳＴＭＰが０．３重量％及び０．７５重量％である組成物Ｎｏ．３３及びＮｏ．３４では、凝結の終結時間が７分未満となっている。
【０１０１】
加えて、組成物Ｎｏ．３３及びＮｏ．３４では、５時間後の圧縮強度がそれぞれ
７２２、１１９１ｐｓｉと測定され、ＴＥＡが０．２５重量％及びアラムが０．０５重量％である組成物Ｎｏ．３１では、７０３ｐｓｉであった。表３に示したＩＩＩ型ポルトランドセメント、フライアッシュおよびランドプラスタが１００／６０／２０の比である組成物Ｎｏ．３５、Ｎｏ．３６、Ｎｏ．３７及びＮｏ．３８についても同様な結果が得られた。
【０１０２】
【表３】
0005309382.tif 000004
【０１０３】
＜実施例４＞
別の組成構成であるセメント組成物（組成物Ｎｏ．４１〜５２）を調製した。ここでは、セメント質粉末が、ＩＩＩ型ポルトランドセメント１００部、クラスＣフライアッシュ６０部、及びランドプラスタ２０部であり、これにトリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）とトリエタノールアミン（ＴＥＡ）を多様に組み合わせたセメント組成物とした。これら組成物について、凝結の終結時間（分）、温度上昇特性、凝固体の立方体圧縮強度を測定した結果を表４に示す。
【０１０４】
ＴＥＡが０．０５重量％、ＳＴＭＰが０．６０重量％である組成物Ｎｏ．５２が、凝結の終結時間（９．３分）と圧縮強度（８３６ｐｓｉ）の最良の組合せであることを示している。ＴＥＡが０重量％、ＳＴＭＰが０．６５重量％である組成物Ｎｏ．５１は、圧縮強度が１３９６ｐｓｉと最高の値であったが、凝結の終結時間は１３８分まで伸びた。ＴＥＡが０．６５重量％、ＳＴＭＰが０重量％である組成物Ｎｏ．５０は、凝結の終結時間５．５分未満であったが、圧縮強度が６４９ｐｓｉであり、組成物Ｎｏ．５２のそれに比較して大幅に低い。
【０１０５】
表４の圧縮強度のデータは、圧縮強度の大きい組成物は、ＴＥＡが０．０５〜０．１０重量％の範囲で、ＳＴＭＰが０．５０〜０．６０重量％の範囲であることを示している。
【０１０６】
【表４】
0005309382.tif 000005
【０１０７】
＜実施例５＞
別の組成構成であるセメント組成物（組成物Ｎｏ．６１〜７２）を調製した。トリエタノールアミン（ＴＥＡ）と３つの異なるポリリン酸塩、即ち、トリポリリン酸カリウム（ＫＴＰＰ）、トリポリリン酸ナトリウム（ＳＴＰＰ）、及びトリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）を多様に組み合わせ、ＩＩＩ型ポルトランドセメント１００部、クラスＣフライアッシュ４０部、及びランドプラスタ２０部を含むこれらのセメント組成物に対する５時間圧縮強度及び温度上昇を比較した。表５に含まれたデータは、ＫＴＰＰ、ＳＴＰＰ又はＳＴＭＰをそれぞれ０．６０重量％使用し、ＴＥＡを０．１５重量％含む組成物Ｎｏ．６１、組成物Ｎｏ．６５、および組成物Ｎｏ．６９が、凝結の終結時間が６〜８分、及び圧縮強度が１３３３〜２３７４ｐｓｉで許容できる範囲のセメント組成物であることを示している。しかし、ＴＥＡを０．０５〜０．１０重量％まで低減すると、ＳＴＭＰを０．７５及び０．８５重量％含む組成物Ｎｏ．７０及び組成物Ｎｏ．７１のみが、凝結の終結時間が約５〜６分、及び圧縮強度が１７６９〜２０３２ｐｓｉで、許容できる範囲である。
【０１０８】
表５は、ＳＴＭＰをそれぞれ０．６０重量％、０．７５重量％、０．８５重量％及び１．０重量％含む組成物Ｎｏ．６９、Ｎｏ．７０、Ｎｏ．７１及びＮｏ．７２が、ＴＥＡが同様の量で、ＫＴＰＰを含む組成物Ｎｏ．６１、Ｎｏ．６２、Ｎｏ．６３及びＮｏ．６４、並びにＳＴＰＰを含む組成物Ｎｏ．６５、Ｎｏ．６６、Ｎｏ．６７及びＮｏ．６８と比較して、比較的より大きい温度上昇速度及びより高い最高温度を有することを示す。図２は、ＫＴＰＰ、ＳＴＰＰ及びＳＴＭＰをそれぞれ０．７５重量％含み、ＴＥＡを０．１０重量％含む組成物Ｎｏ．６２、Ｎｏ．６６及びＮｏ．７０を比較する。図２は、ＳＴＭＰを含む組成物Ｎｏ．７０が、ＫＴＰＰ及びＳＴＰＰを含む組成物Ｎｏ．６２及びＮｏ．６６に比較して、より速やかにより高い温度に達したことを示す。最後の結果は、上昇速度（表５に示すように１３°Ｆ／分に近い）であり、その速度は、ＫＴＰＰ及びＳＴＰＰを含むセメント組成物について測定された温度上昇速度（７°Ｆ／分）のほぼ２倍であった。
【０１０９】
【表５】
0005309382.tif 000006
【０１１０】
＜実施例６＞
実施例６は、米国特許第６，８６９，４７４号と類似の組成を有する組成物を評価した。ＩＩＩ型ポルトランドセメントを１００部と、クラスＣフライアッシュを９０部を含むセメント質粉末に、トリメタリン酸ナトリウム（ＳＴＭＰ）とトリエタノールアミン（ＴＥＡ）を多様な組合せで加え、膨張粘土骨材を９０部混合した。水と混合して５時間後に、それぞれの組成物からの３つの立方体圧縮強度を測定した。立方体を試験の時まで温度６８℃（１５４°Ｆ）に保持した。評価した組成物の組成、及び上記の試験手順ＡＳＴＭ  Ｃ１０９によって凝結の終結時間及び圧縮強度を測定した試験結果を表６に示す。
【０１１１】
表６は、それぞれＳＴＭＰを０．６０、０．７０及び０．７５重量％、ＴＥＡを０．２０、０．１０重量％及び０．０５重量％含む本発明の組成物Ｎｏ．９６、Ｎｏ．９７及びＮｏ．９８が、それぞれ、終結時間４．５、６．５及び８．５分であり、５時間圧縮強度が９２３、１０４２及び１６７６ｐｓｉで最良の組合せであることを示す。この実施例は、高強度と速やかな凝結の終結時間という有利な組合せを示すセメント組成物を実現する場合においてＳＴＭＰとＴＥＡを合わせることの利点を示している。
【０１１２】
【表６】
0005309382.tif 000007
【０１１３】
本発明を実施するための好ましい実施形態を説明してきたが、本開示が対象としている当業者は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本発明に対する改変及び付加を実施することができることを理解されたい。
【図１】
0005309382.tif 000008
【図２】
0005309382.tif 000009